基于单片机的恒温控制系统

图2-6 LED显示结构图

2.1.5 键盘接口原理

键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它具有最简单的单片机输入设备，通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机对话。键盘上闭合建的识别是由专用硬件实现的，称为编码键盘，靠软件实现的称为非编码键盘。

图2-7 键盘接口结构图图

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2.2系统功能实现的设计 2.2.1 温度采集

本设计采用数字传感器DS18B20，DS18B20是一种可组网的单线数字温度传感器，它采用单线总线结构，集温度测量和A/D转换于一体，直接输出数字量，用一根I/O线就可以传送数据与命令，其温度测量范围为-55℃~+125℃，精度为+/-0.5℃，使用中无需外部器件，可利用数据线或外部电源提供电能，供电电压范围为3.3~5.5V，通过编程实现9~12位分辨率读出温度数据。

使用时，将DS18B20的数据DQ与单片机的一位具有三态功能的双向口连接就可以实现数据传输，为保证在有效的时钟周期内提供足够电流，采用外部电源单独供电，在数据线上加一个6.8KΩ的上拉电阻[10]。

具体接线如下：

图2-8 温度采集接线图

2.2.2 显示模块：

用来显示所侧得的温度，由单片机输入。 方案一：

采用LCD液晶显示使用液晶显示屏显示时间和路程。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势可视面积大，

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画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。但由于只需显示温度这样的数字，信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，需要接上交流电压才能显示.LCD两极相当于电容的两极,需要不停的充放电才能. 其成本偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶的显示芯片，不易维护。 方案二：

使用传统的数码管显示。一般采用动态扫描的方式。八段数码管占用1BYTE的数据线，通过选通线选择各个数码管的显示。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称量快，精确可靠，操作简单。数码管是采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。

根据以上的论述，采用方案二。在本系统中，我们采用了数码管的动态显示，节省单片机的内部资源，软件实施时难度也降低。

插座的输入端与单片机的I/O相接。上图中采用共阳极数码管，由于AT89C51单片机每个I/O口的拉电流只有1～2 mA，但在灌电流驱动状态下能达到20mA左右，如果采用共阴极数码管需要加驱动电路，而采用共阳极数码管则不需要驱动电路，可使电路得到简化。在电源输入端接入滤波电容器。 2.3 硬件连接

在选择好硬件后，必须进行有效的连接才能使各个元件发挥其功能。图给出了单片机系统中几个重要芯片的连接原理图，其他部分电路如单片机最小系统,温度测量电路,键盘电路,数码显示电路,外部加热炉电路。

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图2-9 系统整体硬件连接图

3 . 系统软件设计的相关技术

软件是单片机的关键。设计一个单片机系统，在硬件平台确定之后，就可以通过设计不同的软件，实现不同的单片机功能。

在设计、实现单片机的软件系统时，需要考虑众多因素，如硬件需求、计算机硬件、操作系统等。由于选用专用的开发软件，必须具有一定的单片机以及数据采集设备配合使用[11][12]。

控制系统加电后主控单片机、LED显示、温度传感器DS18B20复位，然后初始化单片机和温度传感器，初始化完成之后，程序开始扫描键盘等待设定目标温度值，设定完成后，程序则立即开始通过扫描温度传感器DS18B20来实时采集当前温度并显示。控制算法中，当设定值与实际温度值相差大于10℃时，控制电炉的输出功率为全功率，当两者相差小于10℃时采用比例控制，并在相差10~5℃时采用不同参数的比例控制，小于5℃时采用比例积分控制,直至实际温度与设定温度相同时停止控制，程序进入等待控制状态，如果温度降到设定值以下则又开始控制。

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